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NANO-FOTÓNICA
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CONTENIDO
➡ Introducción
➡ Fabricación
➡ Propiedades
➡ Componentes y dispositivos
➡ Sensores ópticos
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INTRODUCCIÓN
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¿CÓMO ENFOCAR NUESTRAS
ACTIVIDADES DE GENERACIÓN
DE CONOCIMIENTO EN LAS
CONDICIONES DE NUESTROS
PAÍSES?
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La única respuesta a esa pregunta que personalmente
defiendo es:
Con Ingenio y encontrando nichos de trabajo que puedan
ser abordados y resueltos con poca inversión.
1) Teoría y Soporte computacional
2) Experimentos en campos nuevos y con alto contenido
artesanal.
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Quiero aprovechar esta oportunidad para hablar de nuestros
proyectos y ofrecer nuestro apoyo para proyectos de
colaboración y movilidad tanto de estudiantes como de
profesores.
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NANOTECNOLOGÍA
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Crecimiento de la nanotecnología
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FIBRAS ÓPTICAS
SUBLONGITUD DE ONDA
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Onda óptica guiada a lo largo de fibra óptica:
Estándar
estándar
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Onda óptica guiada a lo largo de fibra óptica:
Estándar
estándar
Sublongitud de onda
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Fibra óptica sublongitud de onda
La fibra óptica sublongitud de onda es una fibra óptica estándar
estirada y su diámetro es más pequeño que la longitud de onda del
haz de luz a propagar.
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Fibra óptica sublongitud de onda
La fibra óptica sublongitud de onda es una fibra óptica estándar
estirada y su diámetro es más pequeño que la longitud de onda del
haz de luz a propagar.
Comparada con una fibra óptica estándar, con las fibras sublongitud de onda es
posible guiar la luz con propiedades interesantes, tales como: fuerte confinamiento
óptico, una alta cantidad de ondas evanescentes, dispersión de guía de onda
manejable y bajas pérdidas aún cuando la fibra no sea totalmente recta.
Con base en lo anterior, las fibras ópticas sublongitud de onda tienen un gran
potencial para una variedad de aplicaciones en dispositivos fotónicos, tales como
circuitos y componentes ópicos, sensores ópticos con alta sensibilidad, etc..
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(a) Fibra sublongitud de onda de silicio con 450 nm de diámetro sobre una oblea de silicio
(b) Fibra sublongitud de onda de silicio con 500 nm de diámetro anudado, colocado sobre un
cabello humano.
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Las ventajas de las fibras de sublongitud de onda son:
๏ Resistencia mecánica
๏ Flexibilidad
๏ Uniformidad
๏Variedad de aplicaciones
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Las ventajas de las fibras de sublongitud de onda son:
๏ Resistencia mecánica
๏ Flexibilidad
๏ Uniformidad
๏Variedad de aplicaciones
La motivación son las potenciales aplicaciones:
✓ Comunicaciones ópticas
✓ Sensado óptico
✓ Computación cuántica
...
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FABRICACIÓN
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Las técnicas de adelgazamiento de una SDOF reduce grandes volúmenes de
material en hilos muy delgados:
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Las técnicas de fabricación de fibras de sublongitud de onda:
✓ Técnica Flying Arrow
✓ Técnica mediante láser CO2
✓ Técnica Flame Brushing
✓ Técnica mediante punta de Zafiro
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(1887)
Dimensiones:
Dµ
Aplicaciones:
Resorte para galvanómetros
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Z
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Imagen de microscopio óptico de una fibra de silicio de 60 nm de
diámetro. El microscopio usado es un Nikon ME600 con un objetivo
de microscopio 20X
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Otros materiales: a, e: Telurito; b: Silicato; c, d, f: Fosfato
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Superficie muy suave con paredes rugosas menores a 0.3 nm.
Excelente para guiado de ondas con muy bajas pérdidas!
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Mecánicamente robustos y flexibles
Parámetro crítico para aplicaciones prácticas!
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Diámetro del núcleo < Longitud de onda
Alta fracción de campos evanescentes
Alta sensibilidad en sensado óptico
y
Guía de ondas
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Área modal pequeña
Haz más delgado
y
Alta no linealidad efectiva
Alta sensibilidad en sensado óptico
y
Bajo umbral en efectos no lineales ópticos
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COMPONENTES ÓPTICOS
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La guía de onda lineal es una de los componentes más sencillos
para dispositivos y circuitos ópticos.
Fibra óptica de poliuretano con un diámetro de 300nm.
F. X. Gu, L. Zhang, X. F. Yin, L. M. Tong, Nano Lett. 8, (2008).
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Imagen de microscopio óptico de una fibra de silicio de 570 nm de
diámetro. La estructura con un radio de curvatura de 100 µm
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En estructuras sobre sustratos, el índice efectivo del sustrato
debe ser menor mucho más pequeño que el de la fibra de
sublongitud de onda
L. M. Tong, et al., Opt. Express 14, 82–87 (2006).
G. Vienne, Y. H. Li, L. M. Tong, IEEE Photonic. Technol. Lett. 19, (2007).
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Cambiar la dirección de propagación de la luz es indispensable en muchos
circuitos óptico, para lo que la luz guiada a través de una guía de onda
curvada es un necesidad básica y general.
L. M. Tong, et al., Nano Lett. 5, 259–262 (2005).
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Fibra óptica de 530 nm de diámetro con un radio de curvatura de 8
µm sobre una oblea de zafiro. b) Propagación de luz a 630 nm.
L. M. Tong, et al., Nano Lett. 5, 259–262 (2005).
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Comparadas con las guías de onda curvadas de otro tipo de estructuras, las fibras ópticas de
sublongitud de onda curvadas ofrecen la ventaja de contar con un tamaño completamente
compacto, con perdidas de acoplamiento bajas, una estructura sencilla y fácil fabricación. También
pueden usarse para propagar un amplio rango de longitudes de onda.
Fibra óptica con un diámetro de 500 nm propagando luz de 532 nm a través
de un radio de curvatura de 1.5 µm de radio.
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Componentes basados en el acoplamiento de ondas evanescentes:
Acopladores ópticos e Interferómetros
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Componentes basados en el acoplamiento de ondas evanescentes:
Acopladores ópticos e Interferómetros
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Componentes basados en el acoplamiento de ondas evanescentes:
Acopladores ópticos e Interferómetros
Diámetro de la fibra: 350/450 nm
Propagando luz a 633 nm
⇒
Acoplador óptico 50/50
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Componentes basados en el acoplamiento de ondas evanescentes:
Acopladores ópticos e Interferómetros
Interferómetro Mach-Zehnder
Diámetro de la fibra: 350/450 nm
Propagando luz a 633 nm
⇒
Acoplador óptico 50/50
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Los filtros pasa-bajas son uno de los componentes esenciales para
sistemas fotónicos y redes.
Las fibras sublongitud de onda, con pequeñas dimensiones, pérdidas ópticas bajas y fuerte
dependencia de la longitud de onda con la interacción evanescente, son promisorias para ña
construcción de bloques para filtros ópticos miniaturizados que sean compatibles con otros
sistemas de fibra óptica.
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Espectro de transmisión con fibras de sublongitud de onda de:1) 0.75; 2) 0.88; 3) 1.17; 4) 1.29;
5) 1.42; 6) 1.72; 7) 1.82; 8) 1.96 µm.
Comparado con otros tipos de filtros basados en estructura de fibra óptica, un filtro basado en
fibras de sublongitud de onda es muy compacto y de estructura sencilla, con propiedades tales
como: un amplio espectro de aplicaciones, alto rechazo de pérdidas y compatibilidad con
dispositivos de fibra óptica miniaturizados. Estos pueden encontrar aplicaciones en circuitos
fotónicos o dispositivos muy compactos.
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Láseres
Para construir un láser, típicamente se incorpora una fibra activa en un cavidad. El resonador
tipo anillo/nudo de fibra sublongitud de onda, de tamaño pequeño y alto factor Q, proporciona
una cavidad ideal para el laseo.
Dopante de la fibra óptica: (Er, Yb)
Diámetro de la fibra 3.8 µm
Diámetro del nudo 2mm
Longitud de onda de bombeo 975nm
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Solución de Rodamina: 5mM/l
Longitud de onda de bombeo: 532 nm
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SENSORES ÓPTICOS
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Como sensores, las fibras sublongitud de onda detectan cambios en el medio ambiente
monitoreando cambios en la potencia de transmisión de la luz propagándose a través de ésta.
Los cambios en el medio pueden ser provocados por la variación en la temperatura, radiación,
concentraciones de materiales químicos y biológicos, microparticulas, etc.
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NANOFOTÓNICA
EN LA
FCE-BUAP
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Láseres de fibra óptica
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Sistemas láser multicavidad
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Sistemas láser multicavidad
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CARACTERIZACIÓN DE NO LINEALIDADES ÓPTICAS EN MUESTRAS BIOLÓGICAS (Aplicaciones de láser de fibra)
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CARACTERIZACIÓN DE NO LINEALIDADES ÓPTICAS EN MUESTRAS BIOLÓGICAS (Aplicaciones de láser de fibra)
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CARACTERIZACIÓN DE NO LINEALIDADES ÓPTICAS EN MUESTRAS BIOLÓGICAS (Aplicaciones de láser de fibra)
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CARACTERIZACIÓN DE NO LINEALIDADES ÓPTICAS EN MUESTRAS BIOLÓGICAS (Aplicaciones de láser de fibra)
Panel frontal del sistema utilizado para la detección de no linealidades ópticas.
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Fabricación de fibra óptica sublongitud de onda
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Fabricación de fibra óptica sublongitud de onda
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Circuitos ópticos
Sumador electrónico completo con bit de acarreo
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Sumador óptico completo con bit de acarreo
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Tabla de verdad del SUMADOR electrónico digital
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Se diseñaron las siguientes compuertas para
el diseño del sumador:
✓ AND
✓ OR
✓ XOR
Tabla de verdad del SUMADOR electrónico digital
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Análisis de la propagación en guías de onda a escala
nanométrica
Diagrama esquemático de una guía de onda planar de cuatro capas
Potencial aplicación como sensor fotónico.
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Grupo de Nanofotónica:
Dr. Erwin Armando Martí Panameño (FCFM-BUAP)
Investigadores:
Dra. Luz del Carmen Gómez Pavón (FCE-BUAP)
Dr. Arnulfo Luis Ramos (FCE-BUAP)
Dr. Ramón Parada Alfonso (ESIME-IPN, México)
Dra. Olga Guadalupe Félix Beltrán (FCE-BUAP)
Dr. Juan Manuel Merlo R. (ITSM-Puebla)
Estudiantes:
6 de Licenciatura en Ciencias de la Electrónica, Ingeniería en Mecatrónica y Física Aplicada
3 de Maestría en Ciencias de la Electrónica y Física Aplicada
3 de Doctorado en Física Aplicada
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G R A C I A S!!
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